聚合物材料结晶度的高低,结晶形态和结晶结构的差异将影响聚合物材料的性能,从而影响其应用,因此在聚合物材料的加工过程中,常常要控制聚合物的结晶过程,以得到实用的高分子制品。由于纯POM结晶度高,大球晶往往成为应力集中点,所以POM制品缺口敏感性大。加入成核剂后,由于异相成核作用,POM 球晶细化,有利于提高冲击强度,减小成型收缩率。
表2 聚甲醛力学性能实验结果
样品 拉伸强度 断裂伸长率 冲击强度
MPa % KJ/㎡
纯POM 62.34 29.21 14.34
C-1改性POM 63.63 32.92 14.52
C-2改性POM 63.35 27.04 12.26
C-3改性POM 64.05 23.26 12.18
C-4改性POM 64.75 23.34 16.90
1—纯POM;2—成核剂(C-1)改性POM;3—成核剂(C-2)改性POM;4—成核剂(C-3)改性POM;5—成核剂(C-4)改性POM
图2 聚甲醛拉伸强度测试
根据图2聚甲醛拉伸强度测试结果得出,加入成核剂后POM的拉伸强度均略有提高,其中加入成核剂C-4后POM的拉伸性能由原来的62.34MPa增加至64.75MPa。相应的根据图4.4聚甲醛断裂伸长率测试结果可以看出随着拉伸强度的增大,加入成核剂C-4后聚甲醛断裂伸长率减小。一般来讲结晶度的提高,拉伸强度增加,而伸长率及冲击强度趋于降低。对于加入成核剂C-4后聚甲醛拉伸强度的增加以及伸长率的减小,其原因推测为成核剂C-4的使用增加了聚甲醛的结晶度。
1—纯POM;2—成核剂(C-1)改性POM;3—成核剂(C-2)改性POM;4—成核剂(C-3)改性POM;5—成核剂(C-4)改性POM
图3 聚甲醛冲击强度
根据图3聚甲醛冲击强度可以看出,加入成核剂C-4后,聚甲醛冲击强度较其它四组聚甲醛冲击强度明显提高。这似乎与结晶度提高冲击强度下降相违背,但冲击强度不仅与结晶度有关,还与球晶的尺寸大小有关,球晶尺寸小,材料的冲击强度要高一些。若成核剂C-4对聚甲醛起到异相成核的效果,则加入成核剂后,聚甲醛球晶半径减小,球晶界面变得模糊,球晶之间的空隙越小,晶体堆积越紧密,晶体细化,当受到外来冲击时,应力分布均匀,冲击强度提高。
根据成核剂对POM的力学性能影响,可以发现成核剂C-4对于POM的冲击强度有提高作用,故以成核剂C-4为研究重点,着重对成核剂C-4的傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)测试分析以及成核剂C-4对POM结晶行为的影响。
3.2 成核剂C-4的FT-IR分析
成核剂C-4属于创新结构的枝化结构的化合物。从图4可以看出在814cm 出现吸收峰,此为三聚氰胺在指纹区的特征吸收峰。在3470cm 处出现馒头峰,这说明产物中除了三聚氰胺中原有的N-H伸缩振动峰,还新生成了O-H伸缩振动峰,使峰变宽,即三聚甲醛开环产生O-H基团。在1130cm 、1190cm 处出现双峰可知成核剂C-4含有烷基醚。这符合成核剂C-4的实验原理期望。
图4 成核剂C-4的FT-IR图谱
3.3 成核剂对POM结晶行为的影响
3.3.1 偏光分析
从球晶的偏光照片可看出,纯聚甲醛的球晶很大,加入成核剂C-4后,球晶明显减小,而且球晶界面变得模糊,说明成核剂C-4对聚甲醛有成核作用。在聚甲醛结晶过程中成为结晶中心,起到了晶核的作用,然后聚甲醛分子链通过热运动在成核剂表面重复折叠,最终形成球晶。由于核的数量增多,必然引起进入同一晶核的聚甲醛分子链减少,球晶生长受到限制,直径变小。而且球晶界面变得模糊,晶面间分子链穿插较多,有利于提高力学性能。偏光相片显示结果与力学性能测试结论推测相一致。 聚乙二醇接枝聚甲醛对聚甲醛机械和结晶性能的影响(5):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_1006.html